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环境噪声控制工程.ppt

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环境噪声控制工程,,,1.1 噪声 1.1.1 噪声的定义最早的噪声定义:出自《说文》和《玉篇》,“扰也,群呼烦扰 也”物理学观点:噪声是指各种频率和声强杂乱无序组合的声音。心理学观点:凡是人们不需要的声音都称之为噪声。医学观点:医学上认为超过60分贝的声音是噪声。,1.1.2 噪声的类型,按噪声的影响分:过响声、妨碍声、不愉快声、无影响声。按噪声的产生机理分:机械噪声、空气动力性噪声、电磁性噪声和电声 性噪声。按噪声的来源分:工业生产噪声、交通运输噪声、建筑施工和社会 生活噪声。,1.1.3 噪声的特征,感觉性 局部性 暂时性 危害慢性,危害一:噪声对听力的影响听力损失:国际标准化组织规定,是用500、1000、2000Hz 的听力损失的平均值来表示,听力损失用听力阈级来衡量的。听力阈级:是指耳朵可以觉察到的纯音声压级。声疲劳(暂时性听力阈移)噪声性耳聋(永久性听力阈移)暴振性耳聋(急性噪声性耳聋),1.1.4 噪声的危害,与噪声性听力损有关的因素:噪声的强度; 频率; 接触时间。,,,危害二:噪声对睡眠的影响。危害三:对人体的生理影响,可以诱发疾病。高血压、心脏病;消化系统方面的疾病;神经系统方面的疾病(失眠、疲劳、头晕、记忆 力衰退、神经衰弱);伤害视觉功能;对血液成分造成影响;对儿童的智力发育造成影响。,,危害四:噪声对语言交谈、通讯联络的干扰。语言清晰度:被听懂的语言单位的百分数噪声级语言声级+10dB,谈话声被掩蔽;噪声级90dB,无法进行正常交谈。危害五:特殊噪声损害仪器设备和建筑结构。,1.2 噪声控制技术,图1.2 环境噪声污染的主要环节,声源,,传播途径,接收器,,,抑制 噪声源,控制 传播途径,保护 接收器,制造低噪声设备,对高噪声产品规定噪声限值标准,工 程设计和设备选型采用符合要求的低噪声设备;改进生产工艺和加工方法,降低工艺噪声;生产管理和工程质量控制中保持良好运转状态,不增加 不正常噪声;工程中实际采用的高噪声设备和设施,在投入安装使用 时,应当增加减振降噪或加装隔声罩等方法降低声源噪声。,1.2.1噪声控制技术手段一:在声源处抑制噪声,,实现闹静分开 利用声源的指向性降低噪声 利用地形地物降噪 绿化降噪 利用声学控制手段降噪,1.2.2噪声控制技术手段二:在声传播途径中的控制,(1)利用声学手段降噪实例(隔声),北京轻轨铁路两侧的声屏障,,隔声窗,(2)利用声学手段降噪实例(消声),放空消声器,,(3)利用声学手段降噪实例(吸声),,耳塞 防声棉 耳罩、头盔 隔声岗亭,1.2.3噪声控制技术手段三:接收器的保护措施,耳罩、头盔,耳罩、头盔,1.3噪声测试技术,接收部分,分析部分,指示部分,,动态范围宽、频率响应平坦、灵敏度高、稳定性好、电噪声低,1.4对人体的影响和危害,生理效应听觉系统、心血系统、消化系统、神经系统和其 他脏器的影响及危害 心理效应烦躁,第二章噪声计算,2.1物理量度C-速度; -波长;f -频率。 2.1.1声强与声强级 声强-垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积的声能量称为声强,W/m2。 声强级: I0-基准声强= 10-12 W/m2。,,2.1.2声压与声压级声波是疏密波,传播时使空气发生压缩膨胀。声压:( P0:平衡压强)瞬时声压对时间均方根称为有效声压。声强与声压的关系:( -特性阻抗; -空气密度,kg/m3)声压级:Lp-对应于声压P的声压级;P0-基准声压 =2 ×10-5Pa 。,,2.1.3声功率与声功率级声功率:单位时间内声源发出的声音的能量。声功率级:W0-基准声功率 = 10-12W。对称球面波:,,2.2噪声叠加,3.1吸声,吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技 术称为吸声。一般情况下,吸声控制能使室内噪声降低 约3~5dB(A),使噪声严重的车间降噪6~10dB(A)。吸声材料吸声结构室内吸声降噪,第三章噪声的防治技术,,3.1.1吸声材料 3.1.1.1吸声系数吸声材料:能吸收消耗一定声能的材料。吸声系数:材料吸收的声能(Eb)与入射到材料 上的总声能(Ea)之比,即表示材料吸声能力的大小, 值在0~1之间, 值愈大,材料的吸声性能愈好; =0,声波完全反 射,材料不吸声; =1,声能全部被吸收。,吸声系数的影响因素:,材料的结构,使用条件,声波频率,,(1)声波频率 同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声 系数。 平均吸声系数 :工程中通常采用125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz六个频率 的吸声系数的算术平均值表示某种材料的平均吸声 系数。 通常,吸声材料 在0.2以上,理想吸声材料 在0.5以上。,,(2)入射吸声系数工程设计中常用的吸声系数有:混响室法吸声系数(无规入射吸声系数) ;驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数) 。应用:测量材料的垂直入射吸声系数 ,按下表, 将 换算为无规入射吸声系数 。,,与 的换算关系,混响室:声学实验室,,混响室法吸声系数(无规入射吸声系数) :,在混响室中,使不同频率的声波以相等几率从各个角度入射到材料表面,测得的吸声系数。 测试较复杂,对仪器设备要求高,且数值往往偏差较大,但比较接近实际情况。 在吸声减噪设计中采用。,,驻波管法简便、精确,但与一般实际声场不符。 用于测试材料的声学性质和鉴定。 设计消声器。,驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数),驻波管法吸声系数测试仪,定义:吸声系数与吸声面积的乘积。式中: A——吸声量,m2;——某频率声波的吸声系数;S——吸声面积,m2。,3.1.1.2吸声量(等效吸声面积),,注:工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。,,一般讲的吸声系数是指在混响室中测量而用赛宾混响公式 算出的吸声系数。V-混响室体积。m3; T-混响时间,s; A-室内总吸声量m2。 室内全空时测得吸声量A0,面积为S 的吸声材料放入后所测得的吸声量为A1。吸声系数 与材料的性质有关,密度小和多孔材料吸声系 数大,吸声性能好,此外与声波频率也有关。,,①一般吸声材料的孔隙率在70%以上。 ②低频率范围的吸声性能随材料厚度的增加而提高,受高频 影响不明显。容重一定时( f-频率;D-厚度)共振吸声系数; -为共振频率。 通常把 减少到 时的频率称为下限频率,把 到 频宽 称为下频带宽 。 值通常在 倍频程内。③材料容重增加时,空隙率降低能改善低频吸收效果.但高频吸收效果降低。,总吸声量:若组成室内各壁面的材料不同,则壁面在某频率下的总吸声量为:式中:Ai—第i种材料组成的壁面的吸声量,m2;Si—第i种材料组成的壁面的面积,m2;—第i种材料在某频率下的吸声系数。,,,3.1.2多孔吸声材料,KTV软包阻燃吸声材料,多孔槽型木质吸声材料,木丝板吸声材料,木质穿孔吸声板,,丝质吸声材料,混凝土复合吸声型声屏障,轻质复合吸声型声屏障,吸声门,吸声体,吸声罩,3.1.2.1 吸声原理,声波入射到多孔吸声材料的表面时,部分 声波反射,部分声波透入材料内部微孔内, 激发孔内空气与筋络发生振动,空气与筋络 之间的摩擦阻力使声能不断转化为热能而消 耗;空气与筋络之间的热交换也消耗部分声 能,从而达到吸声的目的。,3.1.2.2吸声特性及影响因素,特性:高频声吸收效果好,低频声吸收效果 差。 原因:低频声波激发微孔内空气与筋络的 相对运动少,摩擦损小,因而声能损失少, 而高频声容易使振动加快,从而消耗声能较 多。所以多孔吸收材料常用于高中频噪声的 吸收。,吸声性能的影响因素,厚度,空腔,使用环境,护面层,(1) 厚度对吸声性能的影响,,不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数,理论证明,若吸声材料层背后 为刚性壁面,最佳吸声频率出 现在材料的厚度等于该频率声 波波长的1/4处。使用中,考虑 经济及制作的方便,对于中、 高频噪声,一般可采用2~5cm 厚的成形吸声板;对低频吸声 要求较高时,则采用厚度为5~ 10cm的吸声板。,同种材料,厚度增加一倍,吸声最佳频率向低频方向近似移动一个倍频程,由实验测试可知:,厚度越大,低频时吸声系数越大; >2000Hz,吸声系数与材料厚度无关;增加厚度,可提高低频声的吸收效果,对高频声效果不大。,,孔隙率:材料内部的孔洞体积占材料总体积的 百分比。 一般多孔吸声材料的孔隙率>50%; 孔隙率增大,密度减小,反之密度增大; 一种多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能 的密度范围。,(2)孔隙率与密度,讨论:密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。若厚度不变,增大多孔吸声材料密度,可提高低中频的吸声系数,但比增大厚度所引起的变化小,且高频吸收会有所下降。,空腔:材料层与刚性壁之间一定距离的空气层; 吸声系数随腔深D(空气层)增加而增加; 空腔结构节省材料,比单纯增加材料厚度更经济。,(3)空腔对吸声性能的影响,,背后空气层厚度对吸声性能的影响,多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加, 但增加到一定厚度后,效果不再继续明显增加。 当腔深D近似等于入射声波的1/4波长时,吸声系 数最大。 当腔深为1/2波长或其整倍数时,吸声系数最小。 一般推荐取腔深为5~10cm。 天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较 大的距离。,,实际使用中,为便于固定和美观,往往要对疏松材 质的多孔材料作护面处理。 护面层的要求: 良好的透气性; 微穿孔护面板穿孔率应大于20%,否则会影响高频吸声效果; 透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。 对成型多孔材料板表面粉饰时,应采用水质涂料喷涂,不宜用油漆涂刷,以防止涂料封闭孔隙。,(4)护面层对吸声性能的影响,温度,,,,湿度,,,气流,温度引起声速、波长 及空气粘滞性变化, 影响材料吸声性能。 温度升高,吸声性能 向高频方向移动; 温度降低则向低频方 向移动。,通风管道和消声器内气流易吹散多孔材料,吸声效果下降; 飞散的材料会堵塞管道,损坏风机叶片; 应根据气流速度大小 选择一层或多层不同 的护面层。,空气湿度引起多孔材 料含水率变化。 湿度增大,孔隙吸水量 增加,堵塞细孔,吸声系 数下降,先从高频开始。 湿度较大环境应选用耐 潮吸声材料。,外墙保温吸声层,保温吸声层,阻燃吸声板,羊毛阻燃吸声板,注意特殊的使用条件,如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。,薄板共振吸声结构示意图,3.2吸声结构,3.2.1薄板共振吸声结构原理:声波入射引起薄板振动,薄板振动克服自身阻尼和板 -框架间的摩擦力,使部分声能转化为热能而耗损。当入射声波的频 率与振动系统的固有频率相同时,发生共振,薄板弯曲变形最大, 振动最剧烈,声能消耗最多。 结构:,,入射声波,薄金属板、胶合板、 硬质纤维板、石膏板等,,①薄板共振吸声结构用不透气的薄板,四周固定,并在背后留一定厚度的 空气层组成,具有较强的频率选择性;一般应使吸声结 构的共振频率 接近要吸收的声波频率。m-单位面积板的重量,kg/m2; D-板后空气层的厚度,cm; 可在空气层中填多孔吸声材料,改善吸声效果。 通常取薄板厚度3~6mm,空气层厚度3~10mm, 共振频率多在80~300Hz之间,故一般用于低频吸声;吸声频率范围窄,吸声系数不高,约为0.2~0.5。,,②穿孔板共振吸声结构具有开口的空腔共振频率:C-空气中的声速,340m/s; V-共振腔体积,m3; G-传导率,m。d-共振腔开口直径,m; L-共振腔孔颈长度,m。 单个共振吸声器频率选择性很强,吸声频率很窄,为了改善其频率特性,由穿孔板组合成共振吸声结构:P-穿孔率;% D-穿孔板后空气厚度,m; d- 颈的有效长度,m; 当dt(板厚)时: LK=t+0.8d,,当空腔内壁贴多孔材料时LK=t+1.2d由实验测得;当 0.5,吸收的频带宽度 为:-共振波长。金属薄板,微孔结构。3)空间吸声体吸声体悬挂,正背面吸声。悬挂面积.天花板面积的35-40%或房间内面积的20%.悬 挂高度 ~ 的净空高度。,改善薄板共振吸声性能的措施:,在薄板结构边缘(板-龙骨交接处)填置能增加结构阻尼的软材料,如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等,增大吸声系数。,在空腔中,沿框架四周放置多孔吸声材料,如矿棉、玻璃棉等。,采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构,或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材,拓宽吸声频带。,具有隔声能力的屏蔽物称作隔声构件。如隔声墙、隔 声屏障、隔声罩、隔声间。 采用适当的隔声措施一般能降低噪声级15dB~20dB。,隔声基本原理示意图,,3.3.1隔声原理声波在空气中传播,入射到匀质屏蔽物时,部分声能被反射,部分被吸收,还有部分声能可以透过屏蔽物。设置适当的屏敝物可阻止声能透过,降低噪声的传播。,3.3隔声,3.3.1.1隔声量 定义:透射声声强(Ii)与入射入射声强(It)的比值,3.3.1.2隔声系数意义:表示隔声构件本身透声能力的大小。又称作传 声系数或透射系数。通常所指的是无规则入射时各入射 角度透声系数的平均值。,,,透射声强/入射声强,透射声压2/入射声压2,3.3.1隔声量与透声系数,,,3.3.1.3.插入损失( IL ) 定义:离声源一定距离某处测得的隔声构件设置前、后的声功率级 和 之差。 插入损失通常在现场用来评价隔声罩、隔声屏等构件的隔 声效果。,,隔声墙:板状或墙状的隔声构件。单层隔声墙:仅有一层墙板。双层或多层隔声墙:有两层或多层墙板,层间有空气或其它材料,,3.3.2单层均匀结构的隔声性能根据隔声频率的曲线,随频率升高分为四个区。 ①劲度控制区,隔离频率很低的噪声,隔声量随频率的升高 而降低; ②阻尼控制区:随频率增高质量效应增大, 阻尼大,隔声量大, 在某些频率处发生共振,隔声量出现低谷;③质量控制区: 结构的面密度( )越大, 隔声量越大; ④吻合效应和质量控制延续区,此区的临界频率 处发生共 振,隔声出现低谷。C-声速,m/s; -板的厚度,m; m-构件的密度,kg/m2; E-板的弹性模量 ,N/m2;,,,,几种常用材料的密度和弹性模量,轻质、高模隔声不利,,,单层匀质墙的隔声量公式建立条件为: (1)声波垂直入射到墙上; (2)墙将空间分成两个半无限大空间,且墙的两侧均为通常状况下的空气; (3)墙为无限大,即不考虑边界的影响; (4)将墙视为一个质量系统,即不考虑墙的刚性、阻尼; (5)墙上各点以相同的速度振动。从透声系数的定义及平面声波理论,可以导出单层墙在 质量控制区的声波垂直入射时的隔声量计算公式:—空气密度,kg/m3,常温下取1.2㎏/m3。实际:,平均隔声量工程估算单层墙对各频率的平均隔声量的经验公式, 按主要的入射声频率100~3200Hz范围内对隔声量求 平均值。下式计算值和工程实测值良好一致。,,,(2-142a),(2-142b),,,一些常用单层隔声墙的隔声量,双层隔声墙:两层墙体间夹一定厚度的空气层。 隔声原理:空气与墙板特性阻抗不同,当声波透过第一墙时,声波经空气与墙板两次反射衰减,且空气层的弹性和附加吸收作用增强声能衰减;声波传至第二墙,再经两次反射,透射声能再次衰减,总透射损失更大。,3.3.3双层结构的隔声 3.3.3.1双层隔声墙的隔声原理增加墙的厚度或面密度,可增加隔声量,但不经济,隔声效果也不理想。若将墙一分为二,中间夹一定厚度的空气层,墙的总质量不变,但隔声效果比单层实心结构好得多,经济。,,在两个单层结构中间留出空气间隙,或在间隙中填充一些吸声材 料,同样重量时,双层隔声量比单层大5~10分贝。同样隔声量情况 下,双层重量比单层结构减少 。质量-弹簧-质量系统共振频率:m1、m2 -两层面密度,kg/m2; d-空气层厚度,cm; -空气密度,kg/m3; 在共振频率下隔声量几乎为零。隔声量:R1、R2-每层的隔声量, M-与双层结构等重的单层结构的面密度。(C0 =340m/s标准状态下空气中的声速),,隔声量的实际估算 工程估算双层墙隔声量的经验公式:平均隔声量估算的经验公式:—空气层附加隔声量,双层墙隔声特性,c—满铺吸声材料,b—有少量吸声材料,d—双层墙隔声量,a—无吸声材料,e—单层墙隔声量,共振频率,吻合频率,,,3.3.3.2双层墙的隔声特性曲线,,双层隔声墙相当于一个由两层墙体与空气层组成的振动系 统; 当入射声波频率比双层墙共振频率低时,双层墙板将作整 体振动,此时空气层不起作用,隔声能力与同样重量的单层 墙没有区别; 当入射声波达到共振频率时,隔声量出现低谷; 超过 以后,隔声曲线以每倍频程18dB的斜率急剧上升, 充分显示出双层墙结构的优越性; 随着频率升高,两墙板间会产生一系列驻波共振,使隔声 特性曲线上升趋势转为平缓,斜率为12dB倍频; 进入吻合效应区后,在临界吻合频率 处又出现一隔声 量低谷; 双层墙的 与吻合效应状况取决于两层墙的临界吻合频 率。,,双层墙隔声性能较单层墙优越的区域主要在共振频率 以后,故在设计中尽量将 移往人们不敏感的频率区域。,,3.3.4多层复合板隔声 多层复合板是由几层面密度或性质不同的板材组 成的复合隔声构件。 通常用金属或非金属的坚实薄板做面层,内侧覆 盖阻尼材料,或填入多孔吸声材料或空气层等组成。 多层复合板质轻和隔声性能良好,广泛用于多种 隔声结构中,如隔声门(窗)、隔声罩、隔声间的墙 体等。,,,,3.3.5隔声间 隔声间(室):由不同隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间。 结构:封闭式与半封闭式两种,一般多用 封闭式。 隔声间除需要有足够隔声量的墙体外,还 需设置具有一定隔声性能的门、窗或观察孔 等。,隔声间,6—吸气管道(内衬吸声材料),7—隔振底座,1—入口隔声门,2—隔声墙,3—照明器,8—接头的缝隙处理,4—排气管道(内衬吸声材料)和风扇,5—双层窗,9—内部吸声处理,3.3.5.1组合墙平均隔声量计算,组合墙:具有门、窗等不同隔声构件的墙板。组合墙的透声系数:各组成部件的透声系数的平均值,称作平均透声系数,,,组合墙的平均隔声量:,,(2-147),墙体第i种构件的透声系数,墙体第i种构件的面积,m2,,,3.3.5.2门(窗)的隔声和孔洞的处理,图2-32 两种双层窗的结构形式,(a)双层木窗,(b)双层钢窗,隔声窗常采用双层或多层玻璃制作,中间夹空气层的结构来提高隔声效果,相邻两层玻璃不宜平行布置,朝声源一测的玻璃有一定倾角,以减弱共振效应,选用不同厚度的玻璃,可错开吻合效应的频率,削弱吻合效应的影响,严格密封,玻璃板紧嵌在弹性垫衬中,以防止阻尼板面的振动,层间四周边框宜做吸声处理,孔洞的处理,图2-33 两种门缝处的铲口形式,(a)斜铲口,(b)插入式铲口,门窗与边框的交接处应尽量加以密封,密封材料可选用柔软而富有弹性的材料,如细软橡皮、海绵乳胶、泡沫塑料、毛毡等,橡胶类密封材料老化应及时更换。,隔声要求很高的场合,可采用双层或多 层密封门窗。 在土建工程中注意砖墙灰缝的饱满,混凝 土墙的沙浆捣实。 隔声间的通风换气口应有消声装置。 隔声间的各种管线通过墙体结构需打孔时, 应在孔洞周围用柔软材料包扎封紧。,3.3.5.3隔声间降噪计算,,发声室和接收室,,,,,定义:隔墙两边的声压级差为隔墙的噪声衰减,或称作隔墙的噪声降低量。,隔墙的面积,m2,接收室的房间常数, m2,,,(1)隔墙的噪声衰减NR,,设发声室与受声室皆为扩散声场,则隔声间的噪声衰减NR为:,,隔声墙的平均隔声量,dB,隔声墙的吸声量,m2,隔声墙的面积,m2,公式是设计隔声间确定传声墙面积的依据; 是测量隔声构件隔声量的计算依据。 隔声间的噪声衰减约在20~50dB,3.3.6隔声罩将噪声源封闭在一个相对小的空间内,以减少向周围辐射噪声的罩状,隔声罩技术简单、投资少、隔声效果好,主要用于 控制机器噪声,如空压机、鼓风机、内燃机、发电机 组等。 兼有隔声、吸声、阻尼、隔振和通风、消声等功能 有密封型与局部开敞型、固定型与活动型。根据噪声 源具体要求采用适当的隔声罩形式。 隔声罩上可设置观察孔,可采用对流通风或强制通 风散热。 隔声罩的降噪量一般在10~40dB之间。,3.3.6.1隔声罩的插入损失,定义:隔声罩设置前后,同一接收点的声压级之 差。,,,式中,—隔声罩总内表面的平均吸声系数;,—隔声罩壁与顶面的平均透声系数;,—隔声罩壁与顶板的平均隔声量,dB。,意义:表示隔声罩的降噪效果 。 一般采用上式作为工程上设计隔声罩的依据。,3.3.6.2隔声罩设计,根据现场情况进行隔声罩结构设计,首先计算隔声罩的插入损失。一般:固定密封型的插入损失可为30~40dB(A);活动密封型的为15~30db(A);局部敞开型的为10~20dB(A);带通风散热消声器的则约为15~25dB(A)。,(1)隔声罩应选用适当的材料和形状。 (2)用刚性轻薄材料制作时,须在壁面上加筋,涂贴阻尼层,阻尼材料层厚度通常为罩壁的2~3倍。 (3)罩内须进行吸声处理,表面敷设护面层。 (4)罩内所有缝隙应密封严实,管线周围应减振。 (5)罩体与声源设备及其机座之间不能有刚性接触,与地 面间应隔振处理。 (6)便于操作、安装与检修,需要时可做成能拆卸的拼装 结构。须考虑声源设备的通风、散热要求,通风口应安装 有消声器,其消声量要与隔声罩的插入损失相匹配。,注意点,3.3.7隔声屏,设置在声源与接收点之间阻断声波直接传播的挡板。,用于车间、办公室或道路两侧。 简单、经济,便于拆装与移动,应用较广。,降噪原理:阻挡声波直接通过并将高频声反射回去,在屏障后形成的声影区内噪声明显降低。 隔声屏对声影区的降噪效果通常用插入损失来衡量; 隔声屏插入损失的计算方法:,3.3.7.1隔声屏的插入损失,算图法,计算法,(1)算图法,隔声屏的衰减值计算图,菲涅耳数N,设点声源S和接收点P之间有一隔声屏,则其插入损失IL可用下图来换算。,,,声波绕射路径差,m,声波波长,m,菲涅耳数,,,IL,,,,设自由声场中,无限长、不透声理想隔声屏,则 其插入损失为:,,(2)计算法,,,隔声屏的插入损失与路程差σ密切相关, σ愈大,IL愈大。故增高屏障,使之靠近声源或接收点,即增加路程差时,可提高降噪效果。屏的插入损失与入射声波长有关,波长愈长,插入损失愈低。换言之,隔声屏对高频声的降噪效果优于低频声。隔声屏主要是遮挡直达声,用于室外防止直达声时效果明显。在混响明显的房间中隔声效果不明显,必须配合吸声措施,靠近声源的壁面宜首先进行妥善的吸声处理。 在隔声屏朝向声源一侧也往往敷贴吸声材料;在混响明显的房间,可在屏的两侧都敷贴吸声材料。 防治交通噪声的隔声屏,若表面不加吸声材料,噪声则会在道路两旁的隔声屏间多次反射,形成声廊,并向屏障外辐射,使隔声屏失去应有的降噪效果。,3.3.7.2隔声屏设计要点,,(1) 隔声屏应有足够的高度,通常宽度大于高度,一般宽度为高度的1.5~2倍。,,(3) 隔声屏主要用于控制直达声。如图2-37所示,其结构简单,形式多样,有二边形、三边形、遮檐式等,能有效地防止噪声的发散。其中带遮檐的多边形隔声屏效果尤为明显。,隔声屏的基本形式,,(4) 隔声屏本身须有足够的隔声量,隔声量最少应比插入损失高出约10dB。,(5)在隔声要求不是太高时,可用人造革等密实的软材料护面,中间夹以多孔吸声材料制成隔声帘悬挂起来。,(6)隔声屏应适当靠近噪声源,形式有固定式或移动式,后者可装扫地橡皮,以减少漏声,多块隔声屏并排使用时,应尽量减少各块间接头处的缝隙。,第四章 消声器,4.1 消声器分类 不同消声器的消声原理是不同的,消声果 也不同 。消声器分类 不同9.1.1 消声器分类 不同消声器的消声原理是不同的,消声效果也不同 。消声器的消声原理是不同的,消声效果也不同 。,,(1)阻性消声器一种能量吸收性消声器,通过在气流通过的途径上固定多孔性吸声材料,利用多孔吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将声能量转化为热能,达到消声的目的。阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声,消声频带范围较宽,对低频噪声的消声效果较差,因此,常使用阻性消声器控制风机类进排气噪声等。,,(2)抗性消声器利用声波的反射和干涉效应等,通过改变声波的传播特性,阻碍声波能量向外传播,主要适合于消除低、中频率的窄带噪声,对宽带高频率噪声则效果较差,因此,常用来消除如内燃机排气噪声等。 鉴于阻性消声器和抗性消声器各自的特点,因此常将它们组合成阻抗复合型消声器,以同时得到高、中、低频率范围内的消声效果,如微穿孔板消声器就是典型的阻抗复合型消声器。,,4.2 消声器性能评价 消声器的性能评价主要采用三项指标,即: 声学性能、空气动力性能、结构性能。 ( 1 )消声器声学性能 消声器的声学性能包括消声量的大小、消声 频带范围的宽窄两个方面。设计消声器的目的就 是要根据噪声源的特点和频率范围,使消声器的 消声频率范围满足需要,并尽可能地在要求的频 带范围内获得较大的消声量。 消声器的声学性能可以用各频带内的消声量 来表征。通常有四种度量方法:传声损失 、末 端降噪量 、插入损失 和声衰减 。,,传声损失: 定义为消声器进口的噪声声功率级与消声 器出口的噪声声功率级的差值。它是从结构 的隔声性能的角度,用透射损失来反映构件 的消声量,传递损失的数学表达式为:消声器的传声损失是消声器本身所具有的 特性,它受声源与环境的影响较小。,,实际工程测试中,由于声功率级难以直接 测得,因此通常通过测量消声器前后截面的 平均声压级,再按下式计算获得:,,末端减噪量: 也称末端声压级差,它是指消声器输入端 与输出端的声压级之差。即:测量消声器进 口端面的声压级 与出口端面的声压级 ,以 两者之差代表消声器的消声量。利用末端声压级之差来表示消声值的方法, 不可避免地包含了反射声的影响,这种测量方法 易受环境的影响而产生较大的误差,因此适合在 试验台上对消声器性能进行测量分析,而现场测 量则很少使用。,,插入损失根据系统之外测点的测试结果经计算获得的,实 际操作中,在系统之外分别测量系统接入消声器前 后的声压级,二者之差即为插入损失。,,声衰减 声学系统中任意两点间声功率级之差,反映了声 音沿消声器通道内的衰减特性,以每米衰减的分贝 数 (dB) 表示。从而得到消声器内声压级与距离的 函数关系,以求得该消声器的总消声量。声衰减量 能够反映出消声器内的消声特性及衰减过程,能避 免环境对测量结果的干扰。,,(2 ) 空气动力性能 消声器的空气动力性能是评价消声性能好 坏的另一项重要指标,它反映了消声器对气 流阻力的大小。消声器的空气动力性能用阻力系数或阻 力损失来表示。 阻力系数是指消声器安装前后的全压差 与全压之比,对于确定的消声器,其阻力系 数为定值。阻力系数的测量比较麻烦,一般 只在专用设备上才能测得。,,阻力损失,简称阻损,是指气流通过消声 器时,在消声器出口端的流体静压比进口端 降低的数值。很显然,一个消声器的阻损大 小是与使用条件下的气流速度大小有密切关 系的。消声器的阻损能够通过实地测量求得,也 可以根据公式进行估算。阻损分两大类,一 类是摩擦阻力,另一类是局部阻力。消声器总的阻力损失,等于摩擦阻损与局 部阻损之和 。,,( 3 )结构性能 消声器结构性能是指它的外形尺寸、坚固程度、 维护要求、使用寿命等,它也是评价消声器性能的 一项指标。 好的消声器除应有好的声学性能和空气动力性 能之外;还应该具有体积小、重量轻、结构简单、 造型美观、加工方便、同时要坚固耐用、使用寿命 长、维护简单和造价便宜等特点。 评价消声器的上述三个方面的性能,既互相联 系又互相制约。从消声器的消声性能考虑,当然在 所需频率范围内的消声量越大越好;但是同时必须 考虑空气动力性能的要求。,,4.3 阻性消声器 阻性消声器的消声原理,就是利用吸声材料的 吸声作用,使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐 衰减。 把吸声材料固定在气流通过的管道周壁,或按 一定方式在通道中排列起来,就构成阻性消声器。 当声波进入消声器中,会引起阻性消声器内多孔材 料中的空气和纤维振动,由于摩擦阻力和粘滞阻力, 使一部分声能转化为热能而散失掉,就起到消声的 作用。阻性消声器应用范围很广,它对中高频范围 的噪声具有较好的消声效果。,,4.3.1 单通道直管式阻性消声器 单通道直管式消声器是最基本的阻性消声 器,它的特点是结构简单、气流直通、阻力 损失小、适用于流量小的管道消声。,,常用的分析理论主要有一维理论和二维理论。 一维理论基于一维平面波的假设,即认为管道中 传播的声波是沿着管道长度方向传播的,常用的计 算公式有很多,但就其起源而言只有两个:一是别 洛夫公式,二是赛宾公式,其他公式大都是从这两 个公式派生出来的。 别洛夫公式的假定条件是:吸声材料的声阻远 大于声抗。别洛夫公式:-消声系数;P-通道横截面周长,m; S-气流 通道横截面积,m2; L-通道吸声材料的长度, m。,,赛宾公式 按上述方法计算出的消声量往往高于实际 能达到的消声量,特别是当消声量较大时, 两者的偏差更大。这是由于消声系数 是在特 定条件下获得的,使用起来有以下几方面的 问题需要注意:,,① 从能量关系导出消声系数时,假定同一截面上声压或声强近似,但实际上往往不是这样。噪声在消声器管道内传播时,如果壁面吸收很厉害,则在同—截面上的声压和声能不能均匀分布,周壁的吸收作用不能充分发挥。因此,对于高吸收情况,即吸声系数较大时,利用公式 计算的消声量高于实际消声量。,,② 在推导消声系数时,假定吸声材料的声阻抗率为纯阻,即声抗为 0 。实际上吸声材料的声阻抗应是复数,即消声系数应由声阻抗率的声阻与声抗两部分共同决定。由于忽略了声抗部分的影响,也会导致计算出的消声值比实际值偏高。③ 工程实际中还有许多其它因素干扰,例如消声器通道中的气流速度、环境噪声、侧向传声等都会使现场得到的消声值比公式 计算出的消声值偏低。,,消声器的通道截面不宜太大。如果太大时, 高频声的消声效果显著下降。前面提到过的 消声量计算公式都是在平面波的条件下推导 出来的。也就是说声波在消声器中同一截面 上各点声压或声强是近似相等的。如果消声 器通道截面过大,当声波频率高到一定数值 时声波将以窄束状通过消声器,而很少或根 本不与吸声材料饰面接触。因此,消声器的 消声效果明显下 降。当声波波长小于通道截 面尺寸的一半时,消声效果便开始下降,相 应的频率被称作“高频失效频率”,,高频失效频率的经验估算式 式中 c 为声速; D为消声器通道截面边长, 圆形通道的 D就是截面直径。 当频率高于失效频率 以后,每增加一个 倍频带,其消声量约比在失效频率处的消声 量下降 1/3 。,,由于D的增大,高频消声效果将显著降低。 为了在通道截面较大的情况下也能在中高频 范围获得好的消声效果;通常采取在管道中 加吸声片或设计成另外的结构形式。如果通道管径大于 300 毫米 而小于 500毫米 时,可在通道中间设置几片吸声层或 一个吸声圆柱;如果通道尺寸大于 500 毫 米 ,就要设计成弯头式、蜂窝式、片式、折 板式、声流式和迷宫式等结构。,,4.3.2 片式消声器 由于把通道分成若干个小通道,每个小通道截 面小了,就能提高上限失效频率;同时,因为增加 了吸声材料饰面表面积,则消声量也会相应增加。 设计片式消声器时,每个小通道的尺寸都相同, 这样,其中一个通道的消声频率特性也就代表了整 个消声器的消声特性。它的消声量可用下式计算 :l—消声器的有效长度 m a—气流通道的宽度(相邻两片之间的距离) m,,4.3.3 折板式、声流式、蜂窝式消声器 为了提高其高频消声性能,把直片做成折 弯状,这样能增加声波在消声器内反射次数, 即增加吸声层与声波的接触机会,从而提高 消声效果。为了减小阻损,其折角做得小一 些为好。,,,声流式消声器是由折板式消声器改进的,这种消 声器把吸声层制成正弦波形。当声波通过时,增加 反射次数,故能改善消声性能 。蜂窝式消声器是由许多平行的小直管式消声器并 联而成。但由于它是多个通道并联,而且每个通道 的尺寸基本相同,即每个通道消声特性一样,因此 蜂窝式消声器的消声量只算其中的一个小管即可。 蜂窝式消声器的消声量可用下公式获得。,,弯头消声器 迷宫式消声器—吸声材料的吸声系数;S1—吸声材料的表面积; S2—消声器的进(出)口截面积。,,4.3.4 气流对阻性消声器声学性能的影响 气流对消声器声学性能的影响,主要表现 在两个方面:一是气流的存在会引起声传播 和声衰减规律的变化;二是气流在消声器内 产生一种附加噪声,称为气流再生噪声。 有气流时的消声系数的近似公式如下 :,,由公式看出,气流速度大小与方向不同, 导致气流对消声器性能的影响程度也不同。 当流速高时,马赫数 值大,气流对消声器的 消声性能的影响就越厉害;当气流方向与声 传播方向一致时,马赫数 值为正,上式中的 消声系数将变小;当气流方向与声传播方向 相反时,马赫数 值为负,消声系数会变大。 顺流与逆流相比,逆流有利于消声。,,气流在管道中的流动速度并不均匀,同一 截面上,管道中央流速最高,接近管壁处流 速就近似为零,逆流时正好相反。 根据声折射原理,声波要向管壁弯曲, 对阻性消声器来说,由于周壁衬贴有吸声材 料,所以顺流时恰好声能被吸收;而在逆流 时,声波要向管道中心弯曲,因此对阻性消 声器的消声是不利的。,,4.3.5 气流再生噪声对消声器声学性能的影响 由于气流与消声器结构的相互作用,还会产生气 流再生噪声。气流再生噪声叠加在原有噪声上,会 影响消声器实际使用效果。 气流再生噪声的产生机理:一是气流经过消声器时,由于局部阻力和摩擦阻 力而形成一系列湍流,相应地辐射噪声;二是气流激发消声器构件振动而辐射噪声。,,气流再生噪声的大小主要取决于气流速度 和消声器的结构。一般来说,气流速度越大, 或消声器内部结构越复杂,则产生的气流噪 声也就越大。与之相适应,降低消声器内气 流再生噪声的途径是:①尽量减低流速; ② 尽量改善气体的流动状况,使气 流平稳,避免产生湍流。,,消声器的气流再生噪声大小,可用试验方 法求得。当流速增加一倍,相应的噪声级增加 18dB ,说 明气流再生噪声随流速的六次方规律变化,属于偶 极子辐射的噪声源。估算气流再生噪声的半经验公式:,,设计消声器时,应注意流速不能选得过高, 对空调消声器的流速不应超过 5 米 / 秒; 对压缩机和鼓风机消声器,流速不应超过 20 ~ 30 米 / 秒;对内燃机、凿岩机消声 器,流速应选在 30 ~ 50 米 / 秒;对于大 流量排气放空消声器,流速可选为 50 ~ 80米 / 秒。,,4.3.6 阻性消声器的设计阻性消声器的设计步骤与要求如下: (1) 确定消声器的结构型式 根据气体流量和消声器所控制的平均流速,计算 所需的通流截面,然后根据截面的尺寸大小来选定 消声器的形式。当气流通道截面直径小于 300 毫米时,可选用 单通道的直管式,当直径大于 300 毫米而小于 500毫米时,可在通道中加设一片吸声层或吸声芯;当 直径大于 500 毫米时,则应考虑把消声器设计成片 式、蜂窝式或其它型式。片式消声器中每个片间距 离不应大于 250 毫米。,,(2) 选用合适吸声材料 可用来做消声器的吸声材料种类很多, 如超细玻璃棉、泡沫塑料、多孔吸声砖、工 业毛毡等。在选用吸声材料时,除考虑吸声 性能外,还要考虑消声器的使用环境,如对 于高温、潮湿、有腐蚀性气体的特殊环境。 吸声材料种类确定以后,材料的厚度和密度 也应注意选定,一般吸声材料厚度是由所要 消声的频率范围决定的。如果只为了消除高 频噪声,吸声材料可薄些;如果为了加强对 低频声的消声效果,则应选择厚一些。,,(3) 决定消声器的长度 在消声器形式、通流截面和吸声层等都 确定的情况下,增加消声器长度能提高消声 值。消声器长度可根据噪声源的声级大小和 现场的降噪要求来决定,如在车间里某风机 气流噪声较其它设备噪声高出很多时,就可 把消声器设计得长些,反之就应短些。一般 现场使用的空气动力设备,其消声器的长度 可设计为 1 ~ 3 米 。,
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